Магніт надпровідний, соленоїд або електромагніт з обмоткою з надпровідного матеріалу. Обмотка в змозі надпровідності володіє нульовим омічним опором. Якщо така обмотка замкнута накоротко, то наведений в ній електричний струм зберігається практично скільки завгодно довго. Магнітне поле незгасаючого струму, циркулюючого по обмотці М. с., виключно стабільно і позбавлено пульсацій, що важливе для ряду додатків в наукових дослідженнях і техніці.
Обмотка М. с. втрачає властивість надпровідності при підвищенні температури вище критичної температури Т до надпровідника, при досягненні в обмотці критичного струму I до або критичного магнітного поля Н до . Враховуючи це, для обмоток М. с. застосовують матеріали з високими значеннями Т до , I до і Н до (див. таблицю).
Властивості надпровідних матеріалів, вживаних для обмоток надпровідних магнітів
Матеріал
H K при 4,2 K, ке
Критична температура T K , K
Критична щільність струму ( а/см 2 ) в магнітному полі
50 кгс
100 кгс
150 кгс
200 кгс
Сплав ніобій – цирконій (Nb 50% – Zr 50%)
90
10,5
1·10 5
0
0
0
Сплав ніобій – титан (Nb 50% – Ti 50%)
120
9,8
3·10 5
1·10 4
0
0
Сплав ніобій – олово (Nb 3 Sn)
245
18,1
(1,5–2)·10 6
1·10 6
(0,7–1)·10 5
(3–5)·10 4
З'єднання ванадій – галій (V 3 Ga)
210
14,5
1·10 6
(2–3)·10 5
(1,5–2)·10 5
(3–5)·10 4
Для стабілізації струму в обмотці М. с. (запобігання втраті надпровідності окремими її ділянками) надпровідні обмотувальні матеріали випускаються у вигляді дротів і шин, що складаються з тонких жил надпровідника в матриці нормального металу з високою електро- і теплопровідністю (мідь або алюміній). Жили роблять не товще за декілька десятків мкм, що знижує тепловиділення в обмотці при проникненні в неї зростаючого із струмом магнітного поля. Крім того, весь провідник при виготовленні скручують уздовж осі ( мал. 1а, 1б ), що сприяє зменшенню струмів, що наводяться в надпровідних жилах і що замикаються через метал матриці. Обмотувальні матеріали з крихких інтерметалевих з'єднань Nb 3 Sn і V 3 Ga випускають у вигляді стрічок з Nb або V товщини 10—20 мкм з шарами інтерметалліда (2—3 мкм ) на обох поверхнях. Така стрічка для стабілізації надпровідного струму і зміцнення покривається тонким шаром міді або неіржавіючої сталі.
Порівняно невеликі М. с. (з енергією магнітного поля до декількох сотень кдж ) виготовляють з щільно намотаною обмоткою, що містить 30—50% надпровідника в перетині дроту. В крупних М. с., з енергією поля в десятки і сотні Мдж, провідники (шини) в своєму перетині містять 5—10% надпровідника, а в обмотці передбачаються канали, що забезпечують надійне охолоджування витків рідким гелієм.
Електромагнітна взаємодія витків соленоїда створює механічна напруга в обмотці, яка в разі довгого соленоїда з полем ~100 кгс еквівалентні внутрішньому тиску ~ 400 am (3,9×10 7 н/м 2 ) . Зазвичай для додання М. с. необхідній механічній міцності застосовують спеціальні бандажі ( мал. 2 ). В принципі, механічна напруга може бути значно понижені таким укладанням витків обмотки, при якій лінії струму збігаються з силовими лініями магнітного поля всієї системи в цілому (так звана «бессиловая» конфігурація обмотки).
При створенні в обмотці М. с. електричного струму необхідної величини спочатку включають нагрівач, розташований на надпровідному дроті, що замикає обмотку. Нагрівач підвищує температуру замикаючого дроту вище за нього Т до , і ланцюг шунта перестає бути надпровідною. Коли струм в соленоїді досягне потрібної величини, нагрівач вимикають. Ланцюг шунта, охолоджуючись, стає надпровідним, і після зниження струму живлення до нуля в обмотці М. с. і дроті, що замикає її, починає циркулювати незгасаючий струм.
Працюючий М. с. знаходиться зазвичай усередині кріостата ( мал. 3 ) з рідким гелієм (температура киплячого гелію 4,2 K нижче Тк надпровідних обмотувальних матеріалів). Для запобігання можливим пошкодженням надпровідної ланцюги і економії рідкого гелію при виділенні запасеною в М. с. енергії в ланцюзі М. с. є пристрій для виводу енергії на розрядний опір ( мал. 4 ). Гранична напруженість магнітного поля М. с. визначається кінець кінцем властивостями матеріалів, вживаних для виготовлення обмотки магніта (див. таблицю).
Сучасні надпровідні матеріали дозволяють отримувати поля до 150—200 кгс. Вартість крупних М. с. з напруженістю поля порядка десятки кгс в об'ємі декілька м 3 практично не відрізняється від витрат на спорудження водоохолоджуваних соленоїдів з такими ж параметрами, тоді як сумарні витрати електричної енергії на живлення М. с. і його охолоджування приблизне в 500 разів менше, ніж для звичайних електромагнітів. Для забезпечення роботи такого М. с. потрібний близько 100—150 квт, тоді як для експлуатації аналогічного водоохолоджуваного магніта було б потрібно потужність ~40—60 Мвт.
Значне число створених М. с. використовується для дослідження магнітних, електричних і оптичних властивостей речовин, в експериментах по вивченню плазми, атомних ядер і елементарних часток. М. с. набувають поширення в техніці зв'язку і радіолокації, як індуктори магнітного поля електромашин. Принципово нові можливості відкриває надпровідність у створенні М. с. — індуктивних накопичувачів енергії з практично необмеженим часом її зберігання.
Літ.: Роуз-Інс А., Родерік Е., Введення у фізику надпровідності, пер.(переведення) с. англ.(англійський), М., 1972; Зенкевіч Ст Би., Сичев Ст Ст, Магнітні системи на надпровідниках, М., 1972; Кремльов М. Р., Надпровідні магніти, «Успіхи фізичних наук», 1967, т. 93, ст 4.
